JPH11256306A - インサートの吹き付け形成方法 - Google Patents
インサートの吹き付け形成方法Info
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- JPH11256306A JPH11256306A JP10360841A JP36084198A JPH11256306A JP H11256306 A JPH11256306 A JP H11256306A JP 10360841 A JP10360841 A JP 10360841A JP 36084198 A JP36084198 A JP 36084198A JP H11256306 A JPH11256306 A JP H11256306A
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Classifications
-
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
- F01L3/22—Valve-seats not provided for in preceding subgroups of this group; Fixing of valve-seats
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- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L2303/00—Manufacturing of components used in valve arrangements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】より経済的であるだけでなく、化学的性質の面
で制限されないか又はセラミック材料を組み込む能力の
面で制限されない高性能インサートを製造する技術を提
供する。 【解決手段】バルク材料の溶射によりシート・インサー
トを作る方法である。この方法は、（ａ）所望のインサ
ートの所望の内部寸法よりも大きくない外部寸法を持つ
マンドレルであって、マンドレルから吹き付けられたバ
ルク材料を分離する手段を持つマンドレルを用意する工
程、（ｂ）制御された雰囲気の存在の下で、鉄又はニッ
ケル合金の一つ又はそれ以上の種類の個別の粒子を溶射
し、少なくとも９９％の密度を持つバルク複合材料を形
成する工程、及び（ｃ）バルク材料を冷却した後で、マ
ンドレルからその様な材料を取り除き、最終製品への嵌
め込み用に上記材料を薄切りにして個別のシート・イン
サート形状とする工程、を有する。
で制限されないか又はセラミック材料を組み込む能力の
面で制限されない高性能インサートを製造する技術を提
供する。 【解決手段】バルク材料の溶射によりシート・インサー
トを作る方法である。この方法は、（ａ）所望のインサ
ートの所望の内部寸法よりも大きくない外部寸法を持つ
マンドレルであって、マンドレルから吹き付けられたバ
ルク材料を分離する手段を持つマンドレルを用意する工
程、（ｂ）制御された雰囲気の存在の下で、鉄又はニッ
ケル合金の一つ又はそれ以上の種類の個別の粒子を溶射
し、少なくとも９９％の密度を持つバルク複合材料を形
成する工程、及び（ｃ）バルク材料を冷却した後で、マ
ンドレルからその様な材料を取り除き、最終製品への嵌
め込み用に上記材料を薄切りにして個別のシート・イン
サート形状とする工程、を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物体を作るのに、
バルク材料（bulk material）を吹き付け形成する技術
に関し、より具体的には、吹き付け形成技術を用い、化
学的制約条件無しに、高性能なインサートを作ることに
関する。
バルク材料（bulk material）を吹き付け形成する技術
に関し、より具体的には、吹き付け形成技術を用い、化
学的制約条件無しに、高性能なインサートを作ることに
関する。
【０００２】
【従来の技術】構成部品特に、自動車用エンジンの構成
部品の、ある部分の物理特性を向上するのに、インサー
トが用いられてきた。例えば、鉄系合金のバルブ・シー
ト・インサートが、アルミニウム製のエンジン・ヘッ
ド、及び高性能であるか又は代替燃料を用いる鋳鉄エン
ジン・ヘッドに、広く用いられている。シートに求めら
れる高性能な特性で向上したものはかなり多くあり、そ
れは、雰囲気及び高温における耐摩耗性、クリープ強
さ、（バルブの繰り返し衝撃荷重の下での）熱疲れ強
さ、熱伝導率、耐食性、低い製造コスト及び、インサー
トに噛み合うバルブの材料との摩擦的な相溶性を含む。
部品の、ある部分の物理特性を向上するのに、インサー
トが用いられてきた。例えば、鉄系合金のバルブ・シー
ト・インサートが、アルミニウム製のエンジン・ヘッ
ド、及び高性能であるか又は代替燃料を用いる鋳鉄エン
ジン・ヘッドに、広く用いられている。シートに求めら
れる高性能な特性で向上したものはかなり多くあり、そ
れは、雰囲気及び高温における耐摩耗性、クリープ強
さ、（バルブの繰り返し衝撃荷重の下での）熱疲れ強
さ、熱伝導率、耐食性、低い製造コスト及び、インサー
トに噛み合うバルブの材料との摩擦的な相溶性を含む。
【０００３】これらの特性を得るための製造上の一般的
な取り組みは、粉末冶金学的手順によりインサートを作
ることである。それは、いくつかの工程を含み、選択さ
れた粉末混合物を計量し混合する工程、成形型内で圧密
し圧粉体を形成する工程、各々１０８０℃及び１５００
℃で焼結及び時に銅の溶浸を行なう工程、制御された冷
却工程、焼結後の焼き戻し熱処理工程及び、所望のシー
ト寸法への最終機械加工工程を含む。これは、かなりコ
ストを高めることになる、込み入った手順であることは
明らかである。所望の物理特性を得るために、耐摩耗性
のための炭素、クロム及びモリブデン、耐熱性のための
コバルト及びニッケルの粉末混合物へ、化学物質の添加
が行われ、熱伝導率又は自己潤滑性の向上のためには別
の添加物が添加される。鉄系の粉末混合物の場合、結果
として出来た製品は、圧密及び焼結中に用いられた熱処
理に応じてパーライト、ベーナイト又は焼き戻しマルテ
ンサイトからなるマトリックスを持つ。焼結インサート
は常に、圧粉体と同じ化学的性質を、用いられた熱処理
に応じた顕微鏡組織と共に持つであろう。
な取り組みは、粉末冶金学的手順によりインサートを作
ることである。それは、いくつかの工程を含み、選択さ
れた粉末混合物を計量し混合する工程、成形型内で圧密
し圧粉体を形成する工程、各々１０８０℃及び１５００
℃で焼結及び時に銅の溶浸を行なう工程、制御された冷
却工程、焼結後の焼き戻し熱処理工程及び、所望のシー
ト寸法への最終機械加工工程を含む。これは、かなりコ
ストを高めることになる、込み入った手順であることは
明らかである。所望の物理特性を得るために、耐摩耗性
のための炭素、クロム及びモリブデン、耐熱性のための
コバルト及びニッケルの粉末混合物へ、化学物質の添加
が行われ、熱伝導率又は自己潤滑性の向上のためには別
の添加物が添加される。鉄系の粉末混合物の場合、結果
として出来た製品は、圧密及び焼結中に用いられた熱処
理に応じてパーライト、ベーナイト又は焼き戻しマルテ
ンサイトからなるマトリックスを持つ。焼結インサート
は常に、圧粉体と同じ化学的性質を、用いられた熱処理
に応じた顕微鏡組織と共に持つであろう。
【０００４】インサートにおいて理想により近い物理特
性を得るためには、非常に高い濃度の添加物（つまり１
５乃至２５重量％のコバルト、２０重量％までのＰｂな
ど）が必要であろう。希土類の様な化学物質成分の採用
も同様であるが、不幸なことにこれらは、粉末冶金技術
による焼結を不可能にするものである。更に、粉末冶金
は処理中の低コストの酸化物又はセラミックの採用を許
容するものではない。なお、セラミックはある物理特性
のものを得るのに非常に有用である。
性を得るためには、非常に高い濃度の添加物（つまり１
５乃至２５重量％のコバルト、２０重量％までのＰｂな
ど）が必要であろう。希土類の様な化学物質成分の採用
も同様であるが、不幸なことにこれらは、粉末冶金技術
による焼結を不可能にするものである。更に、粉末冶金
は処理中の低コストの酸化物又はセラミックの採用を許
容するものではない。なお、セラミックはある物理特性
のものを得るのに非常に有用である。
【０００５】天然ガス又はアルコールの様な代替燃料に
よりエンジンが動作する場合に、内燃機関のヘッド用粉
末金属バルブ・シートが不適切である事がしばしばあ
る。粉末金属バルブ・シート・インサートが吸気バルブ
・シートであって代替燃料エンジンに用いられる場合に
はしばしば、鉛の様な自己潤滑剤が少な過ぎて、早期に
深く摩耗してしまう。鉛はまた、排出物を処理するのに
用いられる触媒の表面を詰まらせる可能性があるので、
埋め込まれる自己潤滑剤としては望ましくない。
よりエンジンが動作する場合に、内燃機関のヘッド用粉
末金属バルブ・シートが不適切である事がしばしばあ
る。粉末金属バルブ・シート・インサートが吸気バルブ
・シートであって代替燃料エンジンに用いられる場合に
はしばしば、鉛の様な自己潤滑剤が少な過ぎて、早期に
深く摩耗してしまう。鉛はまた、排出物を処理するのに
用いられる触媒の表面を詰まらせる可能性があるので、
埋め込まれる自己潤滑剤としては望ましくない。
【０００６】従来、高性能インサートを作るのに溶射形
成技術を用いる取り組みは行なわれていなかった。オス
プレー(Osprey)の吹き付け法は、バルク材料を吹き付け
形成するために、不活性雰囲気又は真空の下で霧化され
た融解金属流を供給する耐火性タンディッシュを用い
る。しかしながら、湯と流れを制御するのに、困難で精
密さを要する手順を必要とするので、その用途はコスト
を度外視してインサートを作る場合に限られる。
成技術を用いる取り組みは行なわれていなかった。オス
プレー(Osprey)の吹き付け法は、バルク材料を吹き付け
形成するために、不活性雰囲気又は真空の下で霧化され
た融解金属流を供給する耐火性タンディッシュを用い
る。しかしながら、湯と流れを制御するのに、困難で精
密さを要する手順を必要とするので、その用途はコスト
を度外視してインサートを作る場合に限られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、より
経済的であるだけでなく、化学的性質の面で制限されな
いか又はセラミック材料を組み込む能力の面で制限され
ない高性能インサートを製造する技術を提供することに
ある。この手順の更なる目的は、代替燃料エンジンのよ
り厳しい要求を満たす硬さ及び耐熱性を持つ改良された
インサート製品を提供することにある。
経済的であるだけでなく、化学的性質の面で制限されな
いか又はセラミック材料を組み込む能力の面で制限され
ない高性能インサートを製造する技術を提供することに
ある。この手順の更なる目的は、代替燃料エンジンのよ
り厳しい要求を満たす硬さ及び耐熱性を持つ改良された
インサート製品を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を満たす本発
明の方法は、バルク材料を溶射することによりシート・
インサートを作る方法である。この方法は、（ａ）所望
のインサートの所望の内部寸法以下の外部寸法を持つマ
ンドレルであって、マンドレルから吹き付けられたバル
ク材料を分離する手段を持つマンドレルを用意する工
程、（ｂ）制御された雰囲気の存在の下で、鉄又はニッ
ケル合金の一つ又はそれ以上の種類の個別の粒子を溶射
し、少なくとも９９％の密度を持つバルク複合材料を形
成する工程、及び（ｃ）バルク材料を冷却した後で、マ
ンドレルからその様な材料を取り外し、最終製品への嵌
め込み用に上記材料を薄切りにして個別のシート・イン
サート形状とする工程、を有する。
明の方法は、バルク材料を溶射することによりシート・
インサートを作る方法である。この方法は、（ａ）所望
のインサートの所望の内部寸法以下の外部寸法を持つマ
ンドレルであって、マンドレルから吹き付けられたバル
ク材料を分離する手段を持つマンドレルを用意する工
程、（ｂ）制御された雰囲気の存在の下で、鉄又はニッ
ケル合金の一つ又はそれ以上の種類の個別の粒子を溶射
し、少なくとも９９％の密度を持つバルク複合材料を形
成する工程、及び（ｃ）バルク材料を冷却した後で、マ
ンドレルからその様な材料を取り外し、最終製品への嵌
め込み用に上記材料を薄切りにして個別のシート・イン
サート形状とする工程、を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の第１工程は（図１に図示
されたように）、製造されるべく設計されたインサート
の所望の内面寸法以下の外面寸法１１を持つマンドレル
１０を用意する工程である。内燃機関のヘッドのための
バルブ・シート・インサートを作るために、テーパー状
のアルミニウム製中空管がマンドレルとして用いられ
る。この管は壁厚１４が約０．２５乃至０．５０インチ
で、表面仕上げの中心線平均粗さＲａは約６乃至８μｍ
である。マンドレルは、それ自身の中心軸１５回りに、
毎秒２０乃至６０回転の速度で、回転させられるのが好
ましい。溶射工程中において約２０乃至１００立方フィ
ート／分の流量で管の中に冷却空気又は液体を通すの
に、装置１６が設けられる。管の原料となるアルミニウ
ム合金は、バルク吹き付け材料１７とは異なる熱膨張特
性を持ち、その結果としてマンドレル１０がバルク材料
から外れる様にされている。管の外面のテーパー１８
は、約２乃至３度であるのが好ましく、冷却により管が
大きな割合で収縮するのに応じて、吹き付けられたバル
ク材料とマンドレルとの間の解放を開始させ、更に冷却
が続くと、始まった積層状態の解除が、テーパーのため
に、バルク材料の軸方向の長さ１９全体に広がり、完全
な解放を促進するのである。マンドレルのために、銅合
金又は純鉄の様な、溶着されたバルク材料よりも大きな
熱膨張係数を持つ、他の材料を用いることが出来る。イ
ンサートの即時解放を可能とする組立マンドレルを用い
ることもまた可能である。
されたように）、製造されるべく設計されたインサート
の所望の内面寸法以下の外面寸法１１を持つマンドレル
１０を用意する工程である。内燃機関のヘッドのための
バルブ・シート・インサートを作るために、テーパー状
のアルミニウム製中空管がマンドレルとして用いられ
る。この管は壁厚１４が約０．２５乃至０．５０インチ
で、表面仕上げの中心線平均粗さＲａは約６乃至８μｍ
である。マンドレルは、それ自身の中心軸１５回りに、
毎秒２０乃至６０回転の速度で、回転させられるのが好
ましい。溶射工程中において約２０乃至１００立方フィ
ート／分の流量で管の中に冷却空気又は液体を通すの
に、装置１６が設けられる。管の原料となるアルミニウ
ム合金は、バルク吹き付け材料１７とは異なる熱膨張特
性を持ち、その結果としてマンドレル１０がバルク材料
から外れる様にされている。管の外面のテーパー１８
は、約２乃至３度であるのが好ましく、冷却により管が
大きな割合で収縮するのに応じて、吹き付けられたバル
ク材料とマンドレルとの間の解放を開始させ、更に冷却
が続くと、始まった積層状態の解除が、テーパーのため
に、バルク材料の軸方向の長さ１９全体に広がり、完全
な解放を促進するのである。マンドレルのために、銅合
金又は純鉄の様な、溶着されたバルク材料よりも大きな
熱膨張係数を持つ、他の材料を用いることが出来る。イ
ンサートの即時解放を可能とする組立マンドレルを用い
ることもまた可能である。
【００１０】第２工程は、回転するマンドレル１０への
バルク材料の溶射を必要とする。これは、図２及び３に
示す様に、金属／酸化物複合バルク材料１７のスリーブ
を、独特の方法で生成又は形成する。溶射法としては、
ワイヤー・プラズマ法、酸素燃料法又は、ＨＶＯＦ又は
爆発ガンの様な高速の方法のいずれかのものであれば良
い。溶射ガンは、吹き付けヘッド２０を持ち、それは目
標のマンドレル面２１から約６乃至１２インチに配置さ
れるのが好ましい。マンドレルが回転すると、溶射ガン
は、約２乃至１０ポンド／時の速度でマンドレルを塗布
する溶融液滴の噴霧２２を放射する。マンドレルの長さ
１９（３乃至４インチであるのがより典型的である）に
亘ってガンを前後に反復的に移動させることにより、約
１５分以内に、約１／８乃至１／４インチの被膜厚さ３
２が形成され得る。その代わりに、マンドレルを、いく
つかの吹き付けガンが一つのワークに被膜を塗布する吹
き付け形成ステーションをマンドレルが動いても良い。
バルク材料の溶射を必要とする。これは、図２及び３に
示す様に、金属／酸化物複合バルク材料１７のスリーブ
を、独特の方法で生成又は形成する。溶射法としては、
ワイヤー・プラズマ法、酸素燃料法又は、ＨＶＯＦ又は
爆発ガンの様な高速の方法のいずれかのものであれば良
い。溶射ガンは、吹き付けヘッド２０を持ち、それは目
標のマンドレル面２１から約６乃至１２インチに配置さ
れるのが好ましい。マンドレルが回転すると、溶射ガン
は、約２乃至１０ポンド／時の速度でマンドレルを塗布
する溶融液滴の噴霧２２を放射する。マンドレルの長さ
１９（３乃至４インチであるのがより典型的である）に
亘ってガンを前後に反復的に移動させることにより、約
１５分以内に、約１／８乃至１／４インチの被膜厚さ３
２が形成され得る。その代わりに、マンドレルを、いく
つかの吹き付けガンが一つのワークに被膜を塗布する吹
き付け形成ステーションをマンドレルが動いても良い。
【００１１】溶射を実行するために、ガンに向けてのワ
イヤーつまり粉末供給部２３の化学的特性の選択肢は、
粉末冶金又はオスプレー法におけるよりも制限されな
い。（ａ）供給材料２３を鋼又はニッケル合金により構
成し、（ｂ）吹き付けられる高温の溶融液滴を制御され
た空気又は酸素雰囲気２４の中に囲い込むことにより、
新規な自己潤滑性複合組織が生成され、液滴が目標に向
かう途中にあるか又は目標物との最初の衝突中におい
て、鋼又はニッケルのある種の自己潤滑性酸化物を生成
する。自己潤滑性酸化物の生成をどの様にして実現する
かについての詳細は、米国特許５５９２９２７号に教示
され、その開示内容が参照され、ここに組み込まれてい
る。
イヤーつまり粉末供給部２３の化学的特性の選択肢は、
粉末冶金又はオスプレー法におけるよりも制限されな
い。（ａ）供給材料２３を鋼又はニッケル合金により構
成し、（ｂ）吹き付けられる高温の溶融液滴を制御され
た空気又は酸素雰囲気２４の中に囲い込むことにより、
新規な自己潤滑性複合組織が生成され、液滴が目標に向
かう途中にあるか又は目標物との最初の衝突中におい
て、鋼又はニッケルのある種の自己潤滑性酸化物を生成
する。自己潤滑性酸化物の生成をどの様にして実現する
かについての詳細は、米国特許５５９２９２７号に教示
され、その開示内容が参照され、ここに組み込まれてい
る。
【００１２】供給材料が、（ｉ）低炭素鋼及びＦｅＯ潤
滑剤（２乃至１５重量％）、（ｉｉ）低炭素鋼及び高炭
素鋼及びＦｅＯ潤滑剤（２乃至２０重量％）及び（ｉｉ
ｉ）高炭素鋼及びニッケル合金、群から選択され、それ
に鉄又はニッケルの酸化物が加えられるのが、好まし
い。低炭素鋼は、重量％で組成が０．１Ｃ，０．６Ｍ
ｎ，０．０４５Ｐ，０．０４Ｓ及び残部の鉄からなる
（図２に示される単一供給ワイヤー４０の様な）１０１
０鋼とし得る。吹き付け形成されたシートは、結果とし
て、その内部にＦｅ酸化物が分散した鉄系合金マトリッ
クスからなると思われる。酸化物の含有量は、吹き付け
中に用いられる推進ガス（空気又は窒素）の性質に応じ
て２乃至１５重量％の間で変化する。溶着された材料１
７の空孔率は非常に低く（２％又はそれ以下）で、イン
サートは２５乃至３２Ｒｃ（ロックウェルＣスケール）
の硬さを持ち容易にガソリン・エンジンに用いられ得
る。２本ワイヤーのアーク吹き付けガン２０に供給され
る２つの異なったワイヤーを用いることによって、第２
の材料を塗布しても良く、図３に示される様に、第１ワ
イヤー３８は１０１０鋼であり、第２のワイヤー３９は
重量パーセントで概略、１．０Ｃ，１．６乃至２．０Ｃ
ｒ，１．６乃至１．９Ｍｎ及び残部が鉄の組成を持つ高
炭素鋼である。ガンは、電圧が約２５乃至３０ボルト、
電流が１００乃至２５０アンペアそして空気圧が６０乃
至１００ｐｓｉの下で作動され得る。この場合に形成さ
れるシート・インサートは、酸化物の含有率が２乃至２
０重量％で３５乃至４２Ｒｃの範囲の硬さを持つ。第３
の選択肢は、上記の高炭素鋼と、５８%のニッケルと、
４％Ｎｂ，１０％Ｍｏ，２３％Ｃｒ及び５％の鉄を含む
ニッケル系合金を用い、２本ワイヤー・アークのシステ
ムの個別のワイヤー供給源として、約３０乃至３３ボル
トの電圧、２００乃至３３０アンペアの電流値及び６０
乃至１００ｐｓｉの空気又は窒素圧力の下で作動するガ
ンにより、ワイヤーが供給される。第３の選択肢により
生成されたインサートは、ニッケル、鉄、Ｆｅ３Ｏ４、
ＮｉＯ、ＦｅＯの種々の相を有し、４０乃至５０Ｒｃの
範囲の硬さを持つ。
滑剤（２乃至１５重量％）、（ｉｉ）低炭素鋼及び高炭
素鋼及びＦｅＯ潤滑剤（２乃至２０重量％）及び（ｉｉ
ｉ）高炭素鋼及びニッケル合金、群から選択され、それ
に鉄又はニッケルの酸化物が加えられるのが、好まし
い。低炭素鋼は、重量％で組成が０．１Ｃ，０．６Ｍ
ｎ，０．０４５Ｐ，０．０４Ｓ及び残部の鉄からなる
（図２に示される単一供給ワイヤー４０の様な）１０１
０鋼とし得る。吹き付け形成されたシートは、結果とし
て、その内部にＦｅ酸化物が分散した鉄系合金マトリッ
クスからなると思われる。酸化物の含有量は、吹き付け
中に用いられる推進ガス（空気又は窒素）の性質に応じ
て２乃至１５重量％の間で変化する。溶着された材料１
７の空孔率は非常に低く（２％又はそれ以下）で、イン
サートは２５乃至３２Ｒｃ（ロックウェルＣスケール）
の硬さを持ち容易にガソリン・エンジンに用いられ得
る。２本ワイヤーのアーク吹き付けガン２０に供給され
る２つの異なったワイヤーを用いることによって、第２
の材料を塗布しても良く、図３に示される様に、第１ワ
イヤー３８は１０１０鋼であり、第２のワイヤー３９は
重量パーセントで概略、１．０Ｃ，１．６乃至２．０Ｃ
ｒ，１．６乃至１．９Ｍｎ及び残部が鉄の組成を持つ高
炭素鋼である。ガンは、電圧が約２５乃至３０ボルト、
電流が１００乃至２５０アンペアそして空気圧が６０乃
至１００ｐｓｉの下で作動され得る。この場合に形成さ
れるシート・インサートは、酸化物の含有率が２乃至２
０重量％で３５乃至４２Ｒｃの範囲の硬さを持つ。第３
の選択肢は、上記の高炭素鋼と、５８%のニッケルと、
４％Ｎｂ，１０％Ｍｏ，２３％Ｃｒ及び５％の鉄を含む
ニッケル系合金を用い、２本ワイヤー・アークのシステ
ムの個別のワイヤー供給源として、約３０乃至３３ボル
トの電圧、２００乃至３３０アンペアの電流値及び６０
乃至１００ｐｓｉの空気又は窒素圧力の下で作動するガ
ンにより、ワイヤーが供給される。第３の選択肢により
生成されたインサートは、ニッケル、鉄、Ｆｅ３Ｏ４、
ＮｉＯ、ＦｅＯの種々の相を有し、４０乃至５０Ｒｃの
範囲の硬さを持つ。
【００１３】吹き付け形成されるバルブ・シート・イン
サートには、その熱伝導性及びバルブから熱を引き出す
能力を高めるために、銅を入れても良い。吹き付け形成
されたインサートは、上述の２本ワイヤー・アーク・ガ
ン２６からの溶着金属と共に溶着するために、銅をもう
一つの炎吹き付けガン２５（図３に示す）を用いて顕微
鏡組織中に分散された銅を持つことができる。追加の炎
吹き付けガン２５は勿論、銅粉末供給用材料ワイヤー２
７を用いる。銅の量は、炎吹き付けパラメーターを調整
することにより正確に制御され得る。
サートには、その熱伝導性及びバルブから熱を引き出す
能力を高めるために、銅を入れても良い。吹き付け形成
されたインサートは、上述の２本ワイヤー・アーク・ガ
ン２６からの溶着金属と共に溶着するために、銅をもう
一つの炎吹き付けガン２５（図３に示す）を用いて顕微
鏡組織中に分散された銅を持つことができる。追加の炎
吹き付けガン２５は勿論、銅粉末供給用材料ワイヤー２
７を用いる。銅の量は、炎吹き付けパラメーターを調整
することにより正確に制御され得る。
【００１４】この手順の最後の重要な工程は、吹き付け
されたバルク材料１７を冷却して、マンドレル１０から
分離し、スリーブ２８をリング２９（図４を参照）へと
薄切りにすることである。ここでリング２９は、図５及
び６に示す様な、アルミニウム製エンジン・ヘッド３１
の排気又は吸気ポートの壁３０へと嵌め込まれるべき、
インサートである。リング・インサート２９の端部つま
り縁３２は、薄切りにされた結果として、約９０度の角
度を持つ。これらのインサートは、ヘッドの壁に良く機
械加工された溝つまりスロット３３へ、プレス嵌め又は
焼嵌めされる。嵌め込まれたインサート２９と壁は共に
機械加工され、図示の吸気又は排気通路４３の曲面壁の
形状である輪郭４２を持つことになる。通常、シート・
インサートを持つバルブ開口３５の直上のバルブ・ガイ
ド３４が同時に加工され、バルブ４４が適切に機能する
のを可能とするバルブ・ガイド３４とバルブ・シート２
９との完全な心合わせを確実なものとする。
されたバルク材料１７を冷却して、マンドレル１０から
分離し、スリーブ２８をリング２９（図４を参照）へと
薄切りにすることである。ここでリング２９は、図５及
び６に示す様な、アルミニウム製エンジン・ヘッド３１
の排気又は吸気ポートの壁３０へと嵌め込まれるべき、
インサートである。リング・インサート２９の端部つま
り縁３２は、薄切りにされた結果として、約９０度の角
度を持つ。これらのインサートは、ヘッドの壁に良く機
械加工された溝つまりスロット３３へ、プレス嵌め又は
焼嵌めされる。嵌め込まれたインサート２９と壁は共に
機械加工され、図示の吸気又は排気通路４３の曲面壁の
形状である輪郭４２を持つことになる。通常、シート・
インサートを持つバルブ開口３５の直上のバルブ・ガイ
ド３４が同時に加工され、バルブ４４が適切に機能する
のを可能とするバルブ・ガイド３４とバルブ・シート２
９との完全な心合わせを確実なものとする。
【００１５】先述のものに加えて、他のマンドレル解除
機構を用いても良い。例えば、マンドレルを鉄で作り、
吹き付けに際して、所期の溶着金属が直接鉄にくっ付け
られることがない様に、亜鉛又はりんで被覆しても良
く、銅又は亜鉛が、解除を確実にするために吹き付け工
程中に溶解される。また、マンドレルを鉄から作り、溶
射工程の後で、吹き付けがなされた結合物からのマンド
レルを破壊的に加工することにより、廃棄しても良い。
代わりに、マンドレルを融解性塩から形成して、吹き付
け後に、融解により、排除しても良い。
機構を用いても良い。例えば、マンドレルを鉄で作り、
吹き付けに際して、所期の溶着金属が直接鉄にくっ付け
られることがない様に、亜鉛又はりんで被覆しても良
く、銅又は亜鉛が、解除を確実にするために吹き付け工
程中に溶解される。また、マンドレルを鉄から作り、溶
射工程の後で、吹き付けがなされた結合物からのマンド
レルを破壊的に加工することにより、廃棄しても良い。
代わりに、マンドレルを融解性塩から形成して、吹き付
け後に、融解により、排除しても良い。
【００１６】図７に示す様に、種々のインサート材料
が、ブロック・オン・リング(block-on-ring)試験機３
６を用いて評価された。ＡＩＳＩ４６２０硬化鋼の相対
リング３７が、基板上に吹き付けられたある量の溶着材
料に対して加えられる４０ニュートンの力のもとで、１
００ｒｐｍで回転される。耐摩耗性が、約３０分の試験
後に三次元プロフィロメーターを用いて硬化鋼リングの
摩耗量を計測することにより、求められる。この試験の
結果は、粉末冶金インサート又は他の均等な従来技術の
インサートよりも、減少量つまり摩耗が少ないことを示
している。シートの減少量の削減は、向上した耐摩耗性
及びシート・インサートの自己潤滑性によるもので、所
定期間の使用後のエンジンのバルブ・ラッシュの調整の
必要性が少なくなり、バルブ列の継続的な保守の必要性
を無くすものである。
が、ブロック・オン・リング(block-on-ring)試験機３
６を用いて評価された。ＡＩＳＩ４６２０硬化鋼の相対
リング３７が、基板上に吹き付けられたある量の溶着材
料に対して加えられる４０ニュートンの力のもとで、１
００ｒｐｍで回転される。耐摩耗性が、約３０分の試験
後に三次元プロフィロメーターを用いて硬化鋼リングの
摩耗量を計測することにより、求められる。この試験の
結果は、粉末冶金インサート又は他の均等な従来技術の
インサートよりも、減少量つまり摩耗が少ないことを示
している。シートの減少量の削減は、向上した耐摩耗性
及びシート・インサートの自己潤滑性によるもので、所
定期間の使用後のエンジンのバルブ・ラッシュの調整の
必要性が少なくなり、バルブ列の継続的な保守の必要性
を無くすものである。
【００１７】本発明の技術で用いられる材料が、単気筒
エンジンにおいて、標準生産品のインサートとの比較の
ための試験に供された。６２馬力／リッターを発生する
能力のある空冷４バルブ・エンジンに、先に３番目に選
択された材料で出来た２つのインサート（１つが排気、
１つが吸気）が嵌め込まれた。他のシート・インサート
は、粉末鋼から出来ていて、従来技術の特性を持つ。単
気筒エンジンが、６２００ｒｐｍの全開状態で９９時間
運転された。摩耗結果は、本発明の吹き付けインサート
が、比較対象のインサートよりもはるかに少ない寸法変
化をすることを、示した。
エンジンにおいて、標準生産品のインサートとの比較の
ための試験に供された。６２馬力／リッターを発生する
能力のある空冷４バルブ・エンジンに、先に３番目に選
択された材料で出来た２つのインサート（１つが排気、
１つが吸気）が嵌め込まれた。他のシート・インサート
は、粉末鋼から出来ていて、従来技術の特性を持つ。単
気筒エンジンが、６２００ｒｐｍの全開状態で９９時間
運転された。摩耗結果は、本発明の吹き付けインサート
が、比較対象のインサートよりもはるかに少ない寸法変
化をすることを、示した。
【００１８】代替燃料エンジン用の高合金インサート
は、粉末冶金鋼に比して、コストは約６倍である。本発
明の方法を用いると、同じ用途のバルブ・シート・イン
サートのコストが半分以下となる。
は、粉末冶金鋼に比して、コストは約６倍である。本発
明の方法を用いると、同じ用途のバルブ・シート・イン
サートのコストが半分以下となる。
【００１９】図８及び９は、本発明による吹き付け形成
されたシート・インサートの顕微鏡組織を、従来技術の
粉末冶金インサートのそれと比較する（顕微鏡写真の拡
大率は２００倍である）。図８の溶着物の化学的特性
は、重量％で０．３乃至０．６Ｃ，１０乃至１５Ｃｒ，
０．８乃至１．２Ｍｂ，２５乃至３０Ｎｉ，１．５乃至
１．５Ｎｂ，２乃至５Ｍｏ，１０乃至２０Ｆｅ，１０乃
至１５Ｆｅ３Ｏ４（磁鉄鉱）、２乃至５ＦｅＯ（ウエス
タイト）及び５乃至１０Ｃｕであり、図９の粉末冶金材
料の化学的性質は、重量％で、０．１乃至０．７Ｃ，
０．８Ｍｏ，６Ｃｕ，１乃至２の他の物質、残部Ｆｅで
ある。図１０及び１１は、銅を含む本発明の吹き付け溶
着物及び、銅を溶浸した粉末冶金インサートの顕微鏡写
真（２００ｘ）を比較する。この比較から、高レベルの
共溶着銅が吹き付け形成法により効率的に生成され得る
ことを示している。
されたシート・インサートの顕微鏡組織を、従来技術の
粉末冶金インサートのそれと比較する（顕微鏡写真の拡
大率は２００倍である）。図８の溶着物の化学的特性
は、重量％で０．３乃至０．６Ｃ，１０乃至１５Ｃｒ，
０．８乃至１．２Ｍｂ，２５乃至３０Ｎｉ，１．５乃至
１．５Ｎｂ，２乃至５Ｍｏ，１０乃至２０Ｆｅ，１０乃
至１５Ｆｅ３Ｏ４（磁鉄鉱）、２乃至５ＦｅＯ（ウエス
タイト）及び５乃至１０Ｃｕであり、図９の粉末冶金材
料の化学的性質は、重量％で、０．１乃至０．７Ｃ，
０．８Ｍｏ，６Ｃｕ，１乃至２の他の物質、残部Ｆｅで
ある。図１０及び１１は、銅を含む本発明の吹き付け溶
着物及び、銅を溶浸した粉末冶金インサートの顕微鏡写
真（２００ｘ）を比較する。この比較から、高レベルの
共溶着銅が吹き付け形成法により効率的に生成され得る
ことを示している。
【００２０】本発明の特定の実施例について述べてきた
が、本発明の趣旨から逸脱することなく種々の変更及び
改良がなされ得ること及び、本発明の本来の思想及び範
囲に入る物である様な全ての改良及びその均等物を、添
付の特許請求の範囲に包含する様に意図されていること
は、当業者には明らかであろうと思われる。
が、本発明の趣旨から逸脱することなく種々の変更及び
改良がなされ得ること及び、本発明の本来の思想及び範
囲に入る物である様な全ての改良及びその均等物を、添
付の特許請求の範囲に包含する様に意図されていること
は、当業者には明らかであろうと思われる。
【００２１】
【発明の効果】本発明は、より経済的で、化学的性質の
面で制限されないか又はセラミック材料を組み込む能力
の面で制限されない高性能インサートを製造することが
出来る。更に、代替燃料エンジンのより厳しい要求を満
たす硬さ及び耐熱性を持つ改良されたインサート製品を
提供することができる。
面で制限されないか又はセラミック材料を組み込む能力
の面で制限されない高性能インサートを製造することが
出来る。更に、代替燃料エンジンのより厳しい要求を満
たす硬さ及び耐熱性を持つ改良されたインサート製品を
提供することができる。
【図１】発明の方法の概略ブロック図である。
【図２】本発明の溶射工程を実行する装置の第１態様の
概略図である。
概略図である。
【図３】図２と同様の第２態様の図である。
【図４】個別のインサートへと薄切りにされる本発明に
よりなされた筒状のバルク溶着物の拡大図である。
よりなされた筒状のバルク溶着物の拡大図である。
【図５】吸気及び排気ポートに位置決めされたシート・
インサートを示すシリンダー・ヘッドの斜視図である。
インサートを示すシリンダー・ヘッドの斜視図である。
【図６】本発明により作られ、嵌め込まれたバルブ・シ
ートがどの様に機能するかを示す、内燃機関のヘッド組
立体の一部の破砕断面図である。
ートがどの様に機能するかを示す、内燃機関のヘッド組
立体の一部の破砕断面図である。
【図７】本発明の方法により製造されたシート・インサ
ートの摩耗特性を判断するのに用いられる摩耗試験装置
の概略図である。
ートの摩耗特性を判断するのに用いられる摩耗試験装置
の概略図である。
【図８】本発明の吹き付け形成インサートの顕微鏡組織
の顕微鏡写真である。
の顕微鏡写真である。
【図９】粉末冶金インサートの顕微鏡組織の顕微鏡写真
である。
である。
【図１０】本発明の吹き付け形成され銅が溶浸されたイ
ンサートの顕微鏡写真である。
ンサートの顕微鏡写真である。
【図１１】銅が溶浸された粉末合金インサートの顕微鏡
写真である。
写真である。
１０マンドレル １７バルク材料 ２９シート・インサート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アーマンド、マテオ、ジョアクイン アメリカ合衆国ミシガン州ロチェスター・ ヒルズ、シ ルバーブルック・ドライブ、 3111 (72)発明者 ロバート、コーブリー、マッキュン アメリカ合衆国ミシガン州サウスフィール ド、エルド リッジ・レーン、19275 (72)発明者 オルデレ、オルセグン、ポポーラ アメリカ合衆国ミシガン州グランド・ブラ ンク、チャ ーリング・クロス、457 (72)発明者 ラリー、ヴァン、リーサーフォード アメリカ合衆国ミシガン州クラークスト ン、ハドレイ ・ロード、9655
Claims (1)
- 【請求項１】バルク材料を吹き付けることにより、シー
ト・インサートを形成する方法であって、（ａ）所望の
インサートの所望の内部寸法以下である外部寸法を持つ
マンドレルであって、該マンドレルから吹き付けられた
バルク材料を分離する手段を持つマンドレルを用意する
工程、（ｂ）制御された雰囲気の存在の下で、鉄又はニ
ッケル合金の一つ又はそれ以上の種類の個別の粒子を溶
射し、少なくとも９９％の密度を持つバルク複合材料を
形成する工程、及び（ｃ）該バルク材料を冷却した後
で、上記マンドレルからその様な材料を取り外し、最終
製品への据え込み用に上記材料を薄切りにして個別のシ
ート・インサート形状とする工程、を有する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/999247 | 1997-12-29 | ||
| US08/999,247 US5983495A (en) | 1997-12-29 | 1997-12-29 | Method of making spray-formed inserts |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11256306A true JPH11256306A (ja) | 1999-09-21 |
Family
ID=25546083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10360841A Pending JPH11256306A (ja) | 1997-12-29 | 1998-12-18 | インサートの吹き付け形成方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5983495A (ja) |
| EP (1) | EP0927816B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11256306A (ja) |
| DE (1) | DE69817136D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010222705A (ja) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | General Electric Co <Ge> | ニアネットシェイプ翼形部前縁保護材を作るための高温付加製造システム及びそのツーリングシステム |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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